Способ изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела

Область применения способа

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении активных и пассивных элементов, в том числе транзисторов, интегральных схем, многокристальных модулей, 3D- конструкций.

Уровень техники

Известен способ изготовления вертикальной полупроводниковой структуры «Способ формирования ребер в устройстве фин с использованием углеродного слоя» патент США 6,645,797 от 11 ноября 2003 года, авторы Буйновски М.С.и соавторы [1], для формирования активных и пассивных элементов интегральных схем, конструкция которых содержит вертикально ориентированную относительно плоскости полупроводниковой пластины область канала, сформированную методом фотолитографии с последующим химическим или плазмохимическим травлением полупроводниковой пластины. В патенте США 6,645,797 на кремниевой подложке наносится изолирующий слой, сверх него наносится проводящий слой, который в дальнейшем используется как теплоизоляционный слой. Затем поверх этого слоя наносится аморфный углеродный слой и на слое аморфного углерода, формируется жесткая маска из нитрида кремния. Далее с помощью плазмохимического травления (ПХТ) травится слой жесткой маски и аморфного слоя углерода на определенной ширине. С помощью травления уменьшается ширина аморфного слоя углерода и наносится слой окисла, чтобы изолировать эту структуру. Затем, удаляя часть оксида, жесткой маски и аморфного углерода, формируется отверстия шириной 25-45 нм и высотой 100 нм. После этого удаляется оставшаяся часть оксидного слоя. Затем заполняется этот проем проводящим материалом из легированного поликремния. Далее, посредством удаления оставшейся часть оксидного слоя и токопроводящего слоя формируется (ФИН) структура в виде столбика прямоугольной формы.

Предлагаемый способ не позволяет получить монокристаллическую структуру, поскольку ее получают с помощью осаждения. Полученный (ФИН) столбик прямоугольной формы из поликристаллического кремния имеет размер 25 нм поскольку уменьшение размера (ФИН) столбика связано с травлением аморфного углерода, это приводит к осложнению технологии и не позволяет уменьшить размер (ФИН) структуры меньше 25 нм.

Патент США 4,648,173 от 10 марта 1987 года, Малавия; Шаши Д. [2], являющимся прототипом данного изобретения.

Изготовление субмикронной монокристаллической кремниевой структуры, торчащей из монолитного кремниевого тела.

Авторами патента был предложен способ изготовления вертикального кремниевого МОП - транзистора, а также и биполярного транзистора на основе монокристаллического кремневого столбика, торчащего из монолитно-кремниевой подложки (фиг. 8). Монокристаллическая кремниевая структура в виде Н-образной формы имеет р - область, которая формируется с помощью ПХТ. Используя боковые окисные слои, а также ПХТ, формируют П-образную структуру, чтобы в дальнейшем в таких структурах формировать как биполярный, так и МОП-транзистор с вертикальны каналом. Поскольку размер таких столбиков зависит от возможностей фотолитографии, то уменьшение размера таких столбиков меньше, чем позволяет фотолитография, технологически невозможно.

К недостаткам этого известного способа следует отнести ограниченная возможность уменьшения размера монокристаллического кремниевого столбика, поскольку это зависит от возможности фотолитографии.

Задачей изобретения является

Задачей изобретения является уменьшение размера и упрощение технологииизготовления вертикальной полупроводниковой структуры для формирования активных и пассивных элементов интегральных схем за счет того, что после травления первого слоя материала (металл, полупроводник, диэлектрик, силициды и т.д.) осаждается второй слой материала (металл, полупроводник, диэлектрик, силициды и т.д.) сверх первого слоя, а затем осаждается третий слой материала, являющийся маской по отношению к первым двум слоям (металл, полупроводник, диэлектрик, силициды и т.д.), и с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой, затем используя оставшуюся часть третьего слоя как маску удаляется как первый, так и второй слои материала, а потом травится третий слой материала, оставшаяся часть материала второго слоя размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе изготовления вертикальной полупроводниковой структуры выступающей из монолитного кремниевого тела, включающий формирование на полупроводниковой подложке второго слоя материала как маски для травления вертикального столбика, являющимся телом вертикальной полупроводниковой структуры (в том числе и транзисторной), отличающийся тем, что с целью уменьшения размера и вертикальной полупроводниковой структуры меньше, чем это достижимо с помощью фотолитографии, после травления первого слоя материала, осаждается второй слой материала и осаждается третий слой материала, после чего с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала, затем, используя оставшийся часть третьего слоя как маска, удаляется как первый, так и второй слой материала а потом травится третий слой, оставшийся слой второго материала размером меньше, чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры.

Упрощение технологии при изготовлении вертикальной полупроводниковой структуры связано тем, что в данном способе используются нанесение и травление SiO2, поликремния и вольфрама, известным технологическим способом и не требуются дополнительные боковые подтравливания в виде П-образной структуры как в прототипе.

Сущность предложенного способа

Сущность предложенного способа заключается в следующем: уменьшение размера и упрощение технологии изготовления вертикальной полупроводниковой структуры за счет того, что после травление первого слоя материала осаждается второй слой материала сверх первого слоя, а затем осаждается третий слой материала, и с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала, затем, используя оставшийся часть третьего слоя как маска, удаляется как первый, так и второй слои материала, а потом травится третий слой материала, оставшийся слой второго материала размером меньше, чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры, достижение технического результата показано в таблице 1.

Размер X (см. Фиг. 4) вычисляется по формуле:

X=У-2Z

X - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью способа.

Y - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью фотолитографии.

Z - Зависит от многих факторов, в том числе от толщины H1 (первый слой материала), Н2 (второй слой материала), от используемого материала, а также от условий технологических режимов обработки, так и состава используемых слоев.

Примерно ширина слоя Z меньше 1-25% от толщины слоя Н2.

Значение связанной между X, Y, Z, H1, H2 показано на таблице 2.

Описание чертежей

Краткое описание чертежей: Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (полупроводник,

металл, диэлектрик, силициды и т.д.) (1).

Фиг. 2 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (1); второй слой материала (полупроводник, металл, диэлектрик, силициды и т.д.) (2).

Фиг. 3 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (1); Второй слой материала (2); третий слой материала (полупроводник, металл, диэлектрик, силициды и т.д.) (5).

Фиг. 4 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (1); второй слой материала (2); третий слой материала, конфигурация как маска для травления, как первого, так и второго слоев материала (3).

Фиг. 5 полупроводниковая пластина (4); второй слой материала (2); третий слой, конфигурация третьего слоя материала, как маска для травления, как первого, так и второго слоев материала (3).

Фиг. 6 Полупроводниковая пластина (4); Второй слой материала, как маска для травления кремния (2).

Фиг. 7 Полупроводниковая пластина (4): Столбик на подложке (6): Второй слой материала (2).

Фиг. 8 Прототип: кремниевая подложка (7), вертикальный столбик (8)

Пример осуществления изобретения

Предложен способ изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела заключающийся в том, что формирование на поверхности кремниевой пластины первого слоя окисла кремния (1) толщиной 50 нм, затем с помощью фотолитографии вскрываем окошки любой формы, например квадратной формы размером 50× 100 нм. Потом на поверхность этого слоя наносим второй слой окисла (2) толщиной 60 нм. После чего на этой поверхности наносим слой W (вольфрам) толщиной 50 нм. С помощью химико-механической полировки (ХМП) удаляем W, после чего оставшийся W в виде столбика высотой 50 нм (3) остается на окисле. Используя W как маску с помощью плазмохимического травления (ПХТ) удаляется первый (1) и второй (2) слой окисла, затем с помощью ПХТ удаляется W (3). На поверхности кремния (4) остается слой окисла прямоугольник (2) размером 20×40 нм. Используя окисел (2) как маску, травим кремний (4) толщиной 200 нм (при этом уход размера по вертикальной поверхности составляет менее 1%) и формируем вертикальную полупроводниковую структуру (6). Используя фотолитографический размер 50 нм с помощью предлагаемого способа получается слой (2) как маска для травления кремния меньшего размера 20 нм.

Литература

1. Патент США 6,645,797 от 11 ноября 2003 года, авторы: Буйновски М.С.и соавторы. [1]

2. Патент США 4,648,173 от 10 марта 1987 года: Малавия С.Д., Шашин Д. (Хоупвелл - Джанкшн, Нью-Йорк. [2]